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本篇源于群友的某个提问，需求略显特别，却是一个非常不错的产生式元编程例子，遂记录一下。 原始问题 优化后的原始问题，代码如下： struct base { virtual void foo() = 0; }; template<int I, int J, int K, int L> struct derived : public base { void foo() override final { std::cout << "derived<" << I << ',' << J << ',' << K << ',' << L << ">::foo()\n";… Continue Reading Clean Conversion from Run-time Values to Compile-time Constants in C++

Introduction 模板是第一阶段元编程最核心的工具，中篇以两章五星难度的内容开头，深入纵览其核心技术与诸般妙诀。本章要讨论的元编程工具——Fold Expressions，依旧处于第一阶段，是 C++17 引入的一个跨越性产生式特性。 该特性从更高层面抽象了参数包拆解方式，消除了传统递归所带来的复杂性，是非常有用的编译期遍历方式。因此，这个特性是产生式元编程中的关键部分，这也是单独分配一章深度讨论的原因。 这个特性也并不完善，C++26/29 依旧会增加与其相关的特性，增加哪些？为什么加？痛点在哪儿？这些问题也将在本章给出答案。 Fold Fold 这个概念来自函数式编程，本身指的是一类高阶函数，这些函数使用给定的组合操作来分析递归数据结构，并通过递归处理其组成部分的结果来重新组合，最终构建出一个返回值。简而言之，Fold 能够递归地遍历数据结构中的每个元素，并通过一个组合函数将这些元素的值合并为一个结果。这个组合函数通常定义了如何将两个值合并在一起，以及如何处理基础情况（如空数据结构）。 这种从递归数据结构中提取信息的数学概念称为 Catamorphism（源自古希腊语：κατά "向下" 和 μορφή "形式，形状"），表示从一个初始代数到其他代数的唯一同态映射。编程中，目标代数通常就是一个单一的值或结果。若从词的本意来理解，其实指的就是将一复杂数据结构向下拆解成简单数据结构的过程，这个过程递归地利用一个组合函数来完成。Catamorphism 通过抽象化递归数据结构的处理方式，提供了一种通用的模式来遍历和处理递归数据结构，使得代码更具有可读性和可维护性，适用于各种场景，如求和、乘积、查找、过滤等。 Fold 只是 Catamorphism 的一个具体实现，主要是指对列表和序列的处理。例如，对列表 [1, 2, 3, 4] 求和，可以这样表示： foldl (+) 0 [1, 2, 3, 4] = (((0 + 1) + 2) + 3) + 4 = 10 foldr (+) 0… Continue Reading 《产生式元编程》第七章 巧活用折叠表达式

T240725 说到，Unnamed namespaces 有一个唯一的名称会通过 using-directives 自动导入，倘若可以手动指定这个名称，就是 inline namespaces 了。此时，自动导入的名称就是 inline namespace 的名称，比如 std::literals 和 std::liternals::chrono_literals 的实现： #if __cplusplus >= 202002L inline namespace literals { inline namespace chrono_literals { /// @addtogroup chrono /// @{ #pragma GCC diagnostic push #pragma GCC diagnostic ignored "-Wliteral-suffix" /// Literal suffix for creating chrono::day objects. ///… Continue Reading T240730 inline namespace

Unnamed namespaces，也叫 Anonymous namespaces，是命名空间的一种特殊形式。这种形式可以省略命名空间的名称，如： namespace { /* .. . */ } 在语义上与等价于： namespace unique_name { /* … */ } using namespace unique_name; 编译器会自动生成一个唯一的名称，并使用 using-directives 自动导入名称。 与其他形式的命名空间不同，Unnamed namespaces 的链接方式是 Internal Linkage，标准描述为： An unnamed namespace or a namespace declared directly or indirectly within an unnamed namespace has internal linkage. All other namespaces… Continue Reading T240725 Unnamed namespaces

前言 模板编程，技巧如云，妙艺似雨。第五章滔滔滚滚地讲述了模板的核心概念和常用技术，篇幅稍长，诸般妙诀，未遑悉录，放于本章。 闲话不题，本章尽是一些巧妙的实践，于极尽模板产生式编程大有用处，难度不低，重要重要！ 本章代码非是示例，而是 GMP 库的真实代码。 Type List Type List 是个只装类型的容器，不含任何数据、函数或类型成员，定义相当简单。代码如下： template<typename…> struct type_list {}; 可变模板参数是实现的核心，表示 Type List 中存入的类型。类型并无一致性要求，是以 Type List 本身还是个异构容器。为何需要这种容器？只因编译期可能需要对很多类型操作，借助这种容器，能够方便地保存各种各样的类型。 可是就一行代码，也没见能进行什么操作呀？其实，Type List 只是个类型容器，需要配套算法才能发挥作用，这些算法才是关键。算法可以分成如下几类： 容积（Capacity） 大小（type_list_size_v） 判空（type_list_empty） 元素访问（Element access） 索引访问（type_list_element_t） 前向类型（type_list_front） 后向类型（type_list_back） 尾部类型（type_list_tail） 内含检测（type_list_contains_v） 元素操作（Element manipulation） 合并（type_list_concat_t） 移除（type_list_remove_t） 前向移除（type_list_pop_front） 后向移除（type_list_pop_back） 插入（type_list_insert_t） 前向插入（type_list_push_front） 后向插入（type_list_push_back） 反转（type_list_reverse_t） 去重（type_list_unique_t） 过滤（type_list_filter_t） 搭配以上这些基础算法，Type List 方得显现妙用。以下各个小节，便来展示各个算法的实现，这些实现并不一定是最优的，但却能展示模板技巧。GMP… Continue Reading 《产生式元编程》第六章 感今朝妙艺几人知

前言 本系列分为上中下三个篇章，前四章作为上篇，详细介绍了宏在产生式编程中的原理和应用，本章开始步入中篇，正式进入 C++ 的产生式元编程技术。 宏是 C 时期的产物，功能颇为简陋，亦非图灵完备，即或诸般奇技妙诀加身，限制仍多。且调试不易，有所束缚，以是仅作辅助，用来实现简单的代码生成功能。至 C++ 时期，产生式元编程工具陡增，其中以模板为一切的根基，发枝散叶，尔今正向静态反射前进。 本章涉及不计其数的模板技术，主要集中于模板的核心理论和用法，概念错综复杂，技术层出不穷。难度等级绝对不低，是本系列中非常重要的一章。 纵然某些概念和技术你已知悉，也莫要跳过某个小节，因为本系列的重心不在模板编程，而在产生式编程，论述角度将有所差异。 泛型……元编程 传统过程式编程的思路是将逻辑作为函数，数据作为函数的输入和输出，通过无数个函数来组织完整的逻辑需求，好似搭积木，构建出各种物体。 面向对象编程更进一步，思路是将逻辑和数据合并起来，构成一个个类，类中包含各种数据和函数，外部只能借助公开函数操纵这些数据。这种以对象表示现实事物的方式与人的思维更加接近，简化了抽象化的难度。 泛型编程则欲将逻辑和数据分离，并提供一种抽象化数据的方式，使得不同的数据能够使用同一种逻辑，极大降低了代码的重复性。于是，同一个函数能够传递不同的参数类型，这叫函数模板；同一个类能够传递不同的数据，这叫类模板。 C++ 是一种多范式语言，以模板支持泛型编程，允许编写泛型的函数和数据，功能不依赖于某种具体的数据类型，使用 SFINAE 和 Concepts 约束抽象化的类型。这种能力使其支持 Parametric Polymorphism，在多态的选择上不必局限于传统的 Subtype Polymorphism，可以使用编译期多态替代运行期多态。 C++ 中，元编程指的是发生于编译期的编程，模板为 C++ 带来泛型编程的同时，也带来了元编程能力。由模板实现的元编程，称为模板元编程。而产生式元编程，指的是发生于编译期的对于编程的编程，模板本就支持在编译期生成代码，因此模板也能够实现产生式元编程。 抽象化、具体化……模板 在模板世界中，函数不再是具体的函数，数据类型也不再是具体的数据类型。模板宛如一个模具，借其能够产生各式各样的物体，这些物体的颜色、材料可能不尽相同，但是形状、大小是一致的。也就是说，一类物体，必须存在共同的部分，才能够抽象出一个模具，模具的作用就是重复利用这些共同之处，减少重复性。 编程是工具，本质是解决问题，解决问题考验的就是抽象化和具体化的能力。抽象化应对的是现实世界中的不变，而具体化应对的是现实世界中的变化，能够清楚地认识到变与不变是什么，问题也就迎刃而解了。那先来分清抽象化和具体化的概念。 抽象的意思是，在许多事物中，去除非本质的属性，抽出本质属性。抽象化就是呈现出具体事物共同本质的过程。将复杂的现实，简化成单纯的模型，这种抽象化方式称为模型化，所谓问题建模，就是对问题进行模型化，也即抽象的过程。具体的概念相对简单，就是指看得见摸得着的事物，每个事物都是独一无二的，是以变化尤盛。具体化就是将抽象事物加载清晰的过程，是一种有助于理解陌生事物的方式。数据类型是具体事物，能够清晰简明地呈现出不同数据类型的共同逻辑，就是用模板类型代替具体类型的精妙之处。 模板本身是一种抽象化的工具，以其编写的是抽象逻辑，表示某类类型的共有本质，是不变的部分。其本身是没有用的，实际需要的还是具体逻辑，因此需要有具体化的过程，将抽象逻辑转变为具体逻辑。在 C++ 模板中，这种将抽象逻辑转变成具体逻辑的过程，称为实例化。实例化将在编译期将抽象类型替换成具体类型，根据模板生成一个个具体逻辑。这种实例化机制，便是我们所需要的代码生成能力。 与宏不同，模板具体化后生成的代码，并无法直接在生成的源码中看到，但是可以通过 CppInsight 这类工具察看。 比如： template <typename T> inline constexpr T Integer = 42; int… Continue Reading 《产生式元编程》第五章 忆昔年模板三两事

临时更一篇关于 format 的内容，经验之谈，置为三星。 进入 C++ 标准的库，实践时日往往很久，像 fmtlib、range-v3 这些经典库都已存在十年以上。不受标准牢笼，一个库的发展会快速许多，是以其本身的功能要比加入标准的完善很多。例如 fmtlib，它比 std::format 使用起来更加方便，能直接支持 Formatting Ranges、Formatted Output、Terminal Color 等诸多功能，而这些功能要完全加入标准，可能得等到 C++29 了。 我在某个 C++20 库的开发中就需要使用 format，当时想着 fmtlib 功能更加完善，便没有直接使用 std::format。但后来就遇到了问题，首先是 fmtlib 有诸多版本，版本之间可能存在差异，用户可能并不像我们这般熟悉 C++，编译之时，问题千奇百怪；其次是在用户机器上可能会出现一些莫名其妙的问题，而这些问题放到自己的机器上却不会出现，分析起来将花费大量时间；最后是编译错误信息，fmtlib 开发之时，Concepts 还未进标准，而其采用的定制方式是模板特化，稍微出现一点问题便会弹出满屏的模板错误，而这些错误信息和真实错误毫不相关，加大了定位问题的难度。 总而言之，fmtlib 隐藏的坑不小，换成 std::format 能够避免很多细微的隐患，减少普通用户的抱怨声。 然而，std::format 缺少很多 fmtlib 直接具备的功能，替换也并非那么简单，本篇讲解的就是这些替换的细节。 下面分成三部分关键点进行讨论。 第一，运行期定制。 std::formatter 默认只支持编译期定制，在 fmtlib 中存在 fmt::runtime 可以编写运行期的定制。比如，下面是一个使用 fmtlib 定制 response 的例子：… Continue Reading C++20 std::format 替换 fmtlib 的注意点

宏部分完结 本系列断更良久，去年已更新前三章： 《产生式元编程》 第一章 宏编程计数引原理 《产生式元编程》 第二章 自复用代码生成技 《产生式元编程》 第三章 替换蓝染概念纤悉 宏部分的核心理论和技术，于此三章，悉已更讫。利用这些原理和技巧，可以实现一些简单的代码生成工具，得到初步的产生式元编程能力。 本系列原定十章，宏只是其中的第一个模块，属于上篇。上篇完结后，将产生一个产生式元编程库，再步入中篇。由是，本系列由虚向实，自理论技术诞生项目，复从项目推进续篇，循此迭代。 章章衔进，写来岂是容易？再有诸事相羁，停更半载有余，亦是无奈。近来乘暇推进，初版已卒，遂以续更。 本章乃承上启下之篇，为上篇画句号，为中篇起草稿。 GMP 产生式元编程库 本系列将同步产生一个产生式元编程库，名为 GMP，可在 GitHub 找到 https://github.com/lkimuk/gmp 。该库的侧重点是提供产生式编程工具，可在编译期实现代码生成。 基于前三章的内容，已添加宏模块的基本功能，跨平台，可实现简单的代码生成。其余模块将随着后续章节持续添加。 下面是一些使用例子。 获取可变宏参数数量： #include <gmp/gmp.hpp> int main() { // Output: 0 1 2 3 4 5 6 7 printf("%d %d %d %d %d %d %d %d\n", GMP_SIZE_OF_VAARGS(),… Continue Reading 《产生式元编程》第四章 封装合并框架顿立

本篇介绍几个细琐的小特性，可以使代码更加安全可靠。 最常见的情况是采取 for loop 遍历某个容器，比如： std::vector<int> v(10); std::ranges::iota(v, 0); for (int i = v.size() – 1; i >= 0; –i) { std::cout << v[i] << ' '; } 乍看之下，似乎并无问题，但实际上却存在安全隐患，若是 v.size() 的结果大于 std::numeric_limits<int>::max()，将产生 UB。 倘若你使用了类型推导，问题会更加明显。 for (auto i = v.size() – 1; i >= 0; –i) { std::cout << v[i] <<… Continue Reading 使用 C++20 安全地比较不同类型的整型值

What are the ranking rules for reference bindings? Let’s consider the following example: void f(int);         // #1 void f(int&);        // #2 void f(int const&);  // #3 void f(int&&);       // #4 void f(int const&&); // #5 Here are some key points: #1 is a function that accepts borrowed int arguments. #2 is a function that takes an lvalue reference. #3 is a function that takes… Continue Reading Normal OR Rules for Reference Bindings